Modifikation der Expression von Sialinsäuren auf der Zelloberfläche mit N -Acetylmannosamin-Analoga

Abstract

Sialinsäure ist eine Monosaccharid-Einheit, die typischerweise an den nicht- reduzierenden Enden von Glykanen vorkommt. Sie ist direkt an einer Vielzahl von physiologischen und pathophysiologischen Zellfunktionen beteiligt. In dieser Arbeit wurden verschiedene Substrat-Analoga des Schlüsselenzyms der Sialinsäurebiosynthese, der UDP-N-Acetylglucosamin-2-Epimerase/N -Acetylmannosamin-Kinase (GNE/MNK), auf ihre Fähigkeit hin untersucht, die Zelloberflächensialylierung zu modifizieren. Ein C3-methyliertes N-Acetylmannosamin (ManNAc)-Derivat und ein C6-ManNAc-Diselinid-Dimer erwiesen sich als Inhibitoren der MNK-Aktivität in vitro. Es zeigte sich, dass die chemische Struktur der C3- und C6-Modifikationen die Hemmwirkung stark beeinflusste. Die Bindungskinetiken zwischen dem C3-methylierten ManNAc- Derivat und der MNK wurden mittels Oberflächenplasmonen-resonanzspektroskopie näher untersucht. Mithilfe von Sialinsäure-bindenden Lektinen wurde gezeigt, dass die neuartigen Substratanaloga- die Zelloberflächensialylierung von Jurkat-Zellen hemmten. Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie (HPLC)-Experimente offenbarten die Reduzierung der Konzentration von Sialinsäure auf der Zelloberfläche und im Zytosol nach einer Behandlung mit dem C3-methylierten ManNAc-Analogon. C2-modifizierte ManNAc-Analoga werden von Zellen zu N-Acyl-modifizierten unnatürlichen Sialinsäuren verstoffwechselt. Mittels HPLC wurden die Konzentrationen von unnatürlichen Sialinsäuren auf der Zelloberfläche von 293T-Zellen gemessen. Die neu entstandenen Sialinsäure- Spezies wurden danach mithilfe der Massenspektroskopie weiter untersucht. Die hier vorgestellten Methoden zur Modifikation der Expression von Sialinsäure auf der Zelloberfläche könnten in Zukunft dafür verwendet werden, Sialinsäure- abhängige Prozesse in der Medizin und Biologie gezielt zu beeinflussen und näher zu erforschen.

Sialic acid, a monosaccharide-unit that is typically found at the non-reducing termini of glycans, is directly involved in a myriad of physiological and pathophysiological cell functions. In this work, different analogs of the key enzyme of sialic acid biosynthesis, i.e. the UDP-N-acetylglucosamine-2-epimerase/N-acetylmannosamine-kinase (GNE/MNK), were tested as modulators of cell surface sialylation. A C3-methyl bearing N-acetylmannosamine (ManNAc) derivative and a C6-ManNAc-diselenide dimer were proved to be inhibitors of MNK-activity in vitro. The chemical structure of the C3- and C6-modifications strongly influences their inhibitory potency. The binding kinetics between the C3-methyl ManNAc-analog and MNK were analyzed via surface plasmon resonance. Sialic acid binding lectins were used to verify that the novel substrate analogs are capable of reducing the expression of sialic acid on the surface of Jurkat cells. Treatment of Jurkat cells with the C3-methyl ManNAc analog lead to reduced concentrations of sialic acid on the cell surface and in the cytosol, shown by high performance liquid chromatography (HPLC). In treated cells, ManNAc derivatives bearing C2-modifications are metabolized to unnatural N-acyl-modified sialic acids. The concentrations of unnatural sialic acids on the cell surface of 293T cells were measured via HPLC. Novel sialic species were further analyzed by mass spectrometry. The herein introduced methods to modulate the expression of sialic acid on the cell surface could be applied in future experiments to evaluate and investigate sialic acid-dependent interactions in medicine and biology.